环境样品放射性监测：高效光度法测定环境样品中的钍

钍，元素符号Th，钍是放射性元素，自然界的钍全部为232Th，半衰期约为1.4×1010年。钍是高毒性元素。钍经过中子轰击，可得铀-233，因此它是潜在的核燃料。钍广泛分布在地壳中，是一种前景十分可观的能源材料。

钍以化合物的形式存在于矿物内（例如独居石和钍石），通常与稀土金属连系在一起，一般河流、土壤、生物体内含量较少，天然存在钍的是质量数为232的钍同位素。由于土矿的开采、冶炼以及废物的排放，可造成局部环境的污染。

钍一般用来制造合金以提高金属强度；灼烧二氧化钍会发出强烈的白光，因此曾经做煤气灯的白热纱罩。钍衰变所储藏的能量，比铀、煤、石油和其他燃料总和还要多许多，而且钍的含量也要比铀多得多，所以钍是一种极有前途的能源。钍还是制造高级透镜的常用原料。用中子轰击钍可以得到一种核燃料——铀-233。另外，钍也是比铀更安全的核燃料，是未来核能利用的发展方向。

在环境样品中钍的含量较低，通常用的容量法，比色法都无法进行测定。常利用钍与某系有机溶剂形成有色的络合物，用光度法进行测量。

1.原理

水中加入镁载体和氢氧化钠后，钍和镁以氢氧化物形式共沉淀。用浓硝酸溶解沉淀，溶解液通过三烷从氧膦萃淋树脂萃取色层柱选择性吸附钍，草酸-盐酸溶液解吸钍；在草酸-盐酸介质中，钍与偶氮胂Ⅲ生成红色络合物，于分光光度计660nm处测量其吸光度。水样中锆、铀总量分别超过10μg、100μg时，会使结果偏高。

2.适用范围

地面水、地下水、饮用水中钍的分析，测定范围：0.01～0.5υg/L。

3.试剂

（1）氯化镁（MgCl2·6H2O）。

（2）盐酸溶液：10%（V/V）。

（3）硝酸：浓度65.0%～68.0%。

（4）硝酸溶液：3mol/L。

（5）硝酸溶液：1mol/L。

（6）0.025mol/L草酸-0.1mol/L盐酸溶液。

（7）0.lmol/L草酸-6mol/L盐酸溶液。

（8）偶氮胂Ⅲ溶液：1g/L。

（9）氢氧化钠溶液10mol/L：称取200g氢氧化钠用水溶解，稀释至500mL，贮存于聚乙烯瓶中。

（10）钍标准溶液：10mg钍-10%盐酸溶液，最大相对误差不大于0.2%。

（11）用盐酸溶液将钍标准溶液稀释至1000mL，此溶液为每毫升含10υg钍。

（12）三烷基氧膦（TRPO）萃淋树脂：50%（m/m），60～75目。

4.仪器设备

（1）玻璃色层交换柱：内径7mm。

（2）分光光度计。

（3）离心沉淀机。(www.xing528.com)

5.分析步骤

采样：按国家关于核设施水质监测分析取样的规定进行。

6.萃取色层柱的准备

（1）树脂的处理：用去离子水将三烷基氧膦浸泡24h后弃去上层清液。用硝酸溶液（4）搅拌下浸泡2h，而后用去离子水洗至中性。自然晾干。保存于棕色玻璃瓶中。

（2）萃取色层柱的制备：用湿法将树脂装入玻璃色层交换柱中，床高70mm，床的上、下两端用少量聚四氟乙烯丝填塞，用25mL硝酸溶液（5）以1mL/min流速通过玻璃色层交换柱后备用。

（3）萃取色层柱的再生：依次用20mL草酸-盐酸溶液（6）、25mL水、25mL硝酸溶液（5）以1mL/min流速通过萃取色层柱后备用。

7.样品分析

（1）取水样10L，加氢氧化钠溶液调节pH至7，加5.1g氯化镁在转速为500r/min搅拌下，缓慢滴加10mL氢氧化钠溶液。加完后继续搅拌0.5h，放置15h以上。弃去上层清液，沉淀转入离心管中，在转速为2000r/min下离心10min。弃去上层清液。用约6mL硝酸（3）溶解沉淀。溶解液在转速为2000r/min下离心10min，上层清液以1mL/min流速通过萃取色层柱。用200mL硝酸溶液（5）以1mL/min流速洗涤萃取色层柱，然后用25mL水洗涤，洗涤速度为0.5mL/min。用30mL草酸－盐酸溶液（6）以0.3mL/min流速解吸钍。收集解吸液于烧杯中，在电沙浴上缓慢蒸干。

（2）将上述烧杯中的残渣用草酸－盐酸溶液（7）溶解并转入10mL容量瓶中，加入50mL偶氮胂Ⅲ。用草酸－盐酸溶液（7）稀释至刻度。10min后，将此溶液转入3cm比色皿中。以偶氮申Ⅲ溶液作参比液，于分光光度计660nm处测量其吸光度，从工作曲线上查出相应的钍量。

8.工作曲线绘制

准确移取0.05、0.10、0.30、0.50mL钍标准溶液置于一组盛有10L自来水的塑料桶中，按样品相同的步骤分析进行。以偶氮胂Ⅲ溶液作参比液，于分光光度计660nm处测以其吸光度。数据经线性回归处理后，以钍量为横坐标，吸光度为纵坐标绘制工作曲线。

9.结果计算

试样中钍的浓度：

式中：

C—试样中钍的浓度μg/L；

W—从工作曲线上查得的钍量，μg；

V—试样体积，L。

注明：

①显色剂偶刻胂Ⅲ溶液的使用期不得超过1个月，否则会影响钍的测定。

②在分析中，若需要更换试剂或分光光度计需要调整，更换零件时，必须重作工作曲线。

③对于碳酸盐结构地层的水样，由于含碳酸根较高，碳酸根与钍形成五碳酸根络针阴离子［Th（CO3）5－5］从而影响钍的定量沉淀。此时，可在水样中加入过氧化氢，使钍形成溶度积小得多的水合过氧化钍（Th2O7·11H2O）沉淀。

④用硝酸溶解沉淀时，要缓慢加入，硝酸用量以恰好溶解沉淀为宜。此溶解液在上柱前，一定要离心，防止硅酸盐胶体及其残渣堵塞柱子。

⑤与解吸液在蒸至近干时，应防止通风。